光抑制条件下水稻叶内碳酸酐酶的适应调节及其生理作用

 以耐光氧化品种粳稻02428和对光氧化敏感品种籼稻3037为材料，在不同的光子通量密度(PFD)、O₂浓度和CO₂浓度的条件下，测定碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase, CA)活性、光合系统(Photosystem Ⅱ,PSⅡ)活性和光合速率。结果表明，粳稻02428和籼稻3037叶片在光抑制条件下，CA活性都有明显增加；光合CO₂固定的动力学分析显示Km值随着PFD的增加及CO₂和O₂浓度的减少而减小，说明CA活性的增加减小了Km值，增加了对CO₂的亲和力和光合CO₂固定能力。进一步用CA专一性抑制剂处理证明，CA活性的增加有减轻PSⅡ和光合光抑制的作用。     

钙对铬胁迫下玉米幼苗生长及生理特性的影响

采用含有CrCl3及CaCl2的培养液培养,研究了不同浓度钙和铬处理对玉米幼苗的叶片、株高、根长、鲜重、含水量、叶绿素、保护酶系统(SOD、POD、CAT活性)以及丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明,单一铬处理,随着铬浓度增加,玉米植株生长明显受到抑制,株高、根长、鲜重、含水量、叶绿素含量以及CAT活性下降,SOD、POD活性上升,MDA含量增加。单一钙处理,当浓度小于160 mg/L时,明显促进植株生长,株高、根长、鲜重、含水量、叶绿素含量增加,CAT活性上升,POD活性和MDA含量下降;当钙浓度大于160 mg/L时促进效果则开始下降。钙、铬混合处理,一定浓度的钙有抑制或者缓解铬毒害的作用,减轻铬胁迫对株高、根长、鲜重和含水量的抑制,提高叶绿素含量和CAT活性,降低SOD、POD活性和MDA含量。     

重金属Pb2+、Cd2+胁迫对青稞幼苗抗氧化能力的影响

为了解重金属对青稞幼苗的伤害机理以及青稞对重金属胁迫的抗性作用,以青稞幼苗为实验材料,采用水培方法研究了50 mg·L^-1 Pb²⁺、Cd²⁺胁迫对青稞幼苗叶片相对含水量（RWC）、丙二醛（MDA）和脯氨酸含量、抗氧化酶活性的影响。结果表明,50 mg·L^-1 Pb²⁺ 胁迫下青稞幼苗的叶片相对含水量（RWC）变化不大,丙二醛（MDA）和脯氨酸含量、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性在胁迫后期有所升高,超氧化物歧化酶（SOD）活性在前期升高比较明显,其后缓慢下降。50 mg·L^-1 Cd²⁺胁迫下青稞幼苗叶片RWC明显减少,MDA含量显著增加,脯氨酸含量先急剧升高后下降,POD、CAT活性随着胁迫时间的增加而显著增强,其中CAT活性在胁迫末期稍有下降,SOD活性先明显升高后下降。综合来看,青稞幼苗在受到相同浓度Pb²⁺、Cd²⁺胁迫时,对Pb²⁺的抵抗能力大于Cd²⁺。     

镉胁迫对不同水稻基因型植株生长和抗氧化酶系统的影响

 以籽粒镉积累水平不同的两种品种（丙97252，低积累型；秀水63，高积累型）为材料，研究了镉胁迫对水稻植株生长和抗氧化酶系统的影响。采用水培试验，镉处理设0.0、0.1、1.0和5.0 μmol/L 4个水平。结果表明，镉胁迫抑制植株生长和叶绿素合成，改变植株丙二醛（MDA）含量和超氧物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性。在抗氧化酶活性上，根和地上部对镉胁迫的反应存在着差异。总体上，SOD、CAT和POD活性随镉水平的提高而减少，而MDA含量则表现相反。根和地上部MDA含量随着培养液中镉浓度提高而增加，且增加幅度秀水63明显大于丙97252。与对照相比，生长在5.0 μmol/L Cd处理下的植株， SOD活性在孕穗期下降46%~52%，在分蘖期仅下降13%~19%。高浓度镉胁迫下，两品种在MDA含量的增加幅度和叶绿素含量的降低幅度上表现不同，显示出它们对镉的耐性存在着差异。     

长期定位施肥对夏玉米酶活性的影响

基于 30年的长期定位试验, 研究了长期定位施肥对玉米酶活性的影响。结果表明：随施肥量的增加,玉米穗位叶SOD、CAT均有不同程度的提高,其中有机肥60 000 kg/hm²加无机氮肥276 kg/hm²处理SOD活性和CAT活性最高,MDA和POD含量最低。单施氮肥或有机肥处理,灌浆后期穗位叶POD、SOD、CAT活性降低较快,MDA含量迅速上升。有机肥与氮肥配施穗位叶POD、SOD、CAT活性较高,并且维持高值时间长,MDA含量低,上升缓慢。氮磷钾肥配施处理穗位叶POD、SOD、CAT活性在开花期显著高于氮磷、氮钾处理,MDA含量显著低于氮磷、氮钾处理。     

镉胁迫下水稻SOD活性和MDA含量的变化及其基因型差异

以4个水稻品种为材料,采用土培试验,研究了不同土壤镉浓度对水稻超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量的影响,水稻叶片SOD活性和MDA含量在生育进程中的变化,以及SOD活性和植株镉含量的关系。结果表明： 1）轻度镉胁迫有利于提高水稻的SOD活性,而高浓度镉胁迫对水稻的SOD活性有抑制作用;MDA含量与SOD活性存在负相关关系,随着土壤镉浓度的增加,MDA含量先下降后上升。2）在水稻生育过程中,SOD活性分蘖期>乳熟期>齐穗期;MDA含量随生育期一直增加。3）镉胁迫对水稻叶片SOD活性的影响存在基因型差异,分蘖期不同水稻基因型间SOD活性的差异最大。4）水稻的SOD活性与植株和稻米的镉含量呈负相关,齐穗期的SOD活性与镉含量的相关性达显著水平。     

纹枯病菌对不同水稻品种叶片中抗病性相关酶活性的影响

对优质抗纹枯病水稻品种ZH5、较抗纹枯病品种特青、感纹枯病品种Lemont及恢复系泸恢17、多系1号和GB8等水稻材料进行纹枯病菌接种,测定了水稻叶片中与抗病性相关的超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD) 的活性和丙二醛 (MDA) 的含量。不论纹枯病菌接种与否,ZH5和特青叶片中SOD活性均明显高于Lemont;纹枯病菌接种后,抗性品种ZH5和特青叶片中POD活性升高,感病品种Lemont 叶片中POD活性降低;不论是抗病还是感病的水稻材料,纹枯病菌接种后叶片中MDA含量均有所增加,但ZH5叶片中MDA含量明显低于其他参试材料。     

光抑制条件下不同水稻品种叶片的PSⅡ光化学效率和CO2交换特性的差异

 比较了光抑制条件下两个水稻品种叶片的PSⅡ电子传递活性、D1蛋白量、叶绿素荧光Fv／Fm、净光合（PN）和光呼吸（PR）速率、碳酸酐酶（CA）、PEPC和RuBP羧化/加氧酶活性的变化,并对RuBP羧化酶进行了动力学分析。经光抑制处理后,耐光抑制品种02428较对光抑制敏感品种3037中D1 蛋白净降解少、PSⅡ活性和PSⅡ原初光化学效率高,光抑制较轻;RuBP羧化/加氧酶活性和RuBP羧化酶的Km(CO₂)和Vmax(CO₂)值没有变化,且在品种间无差异。CA和PEPC活性出现诱导增高,尤以品种02428中活性诱导的幅度更高。CO₂交换特点发生了显著变化,在PN降低的同时,PR／PN比值明显增加,品种3037的PR／PN比值比02428的更大。在水稻耐光抑制特性上,D1蛋白、CA和PEPC可能分别对PSⅡ光化学效率和CO₂交换起着重要的调节作用。     

硅对NaCl胁迫下玉米幼苗生理特性的影响

采用水培法研究盐胁迫下不同浓度硅对玉米幼苗生长、叶绿素含量、保护酶活性等生理特性的影响。结果表明,适量的硅(1mmol/L)能有效促进玉米生长,抑制叶绿素含量降低,降低细胞膜透性,提高玉米叶片和根系中的SOD、CAT和POD活性。叶片中SOD、CAT、POD活性均以Na2SiO3浓度为1mmol/L时活性最强;根系中三种酶活性以Na2SiO3浓度为2mmol/L时最强,表明硅对叶片和根系中的酶活性调控并非完全同步,也可能是硅在叶片和根系中作用途径不同所致。     

磷胁迫对澳洲坚果膜脂过氧化及保护酶活性的影响

以2a生澳洲坚果幼苗为实验材料,研究在磷胁迫条件下植株生长,叶片SOD、POD活性及MDA含量的变化。结果表明在低磷胁迫条件下,植株的叶面积、株高和生长量受抑制,叶片的SOD和POD活性下降,MDA含量升高;高磷胁迫下叶片的SOD活性下降,POD活性上升,MDA含量升高但与常磷差异不显著。说明澳洲坚果叶片对低磷胁迫较敏感,具有一定的耐高磷胁迫能力。     

高浓度CO2条件下水稻叶片氮含量下降与氮代谢关键酶活性的关系

利用FACE（Free Air Carbon Dioxide Enrichment）平台技术,研究了低氮（125 kg/hm2,以纯N计）和常氮（250 kg/hm2）水平下,高浓度CO2（周围大气CO2浓度+200 μmol/mol）对水稻不同生育期功能叶N代谢关键酶活性的影响。结果表明,高浓度CO2提高了叶片硝酸还原酶和蛋白水解酶的活性,两者在常N下的响应程度大于在低N下的响应程度;高浓度CO2降低了低N下叶片谷氨酰胺合成酶和谷氨酸脱氢酶（NADH GDH）活性,常N水平下酶活性的下降趋势得到改变或缓解。由此可见,高浓度CO2条件下NO3-转化为NH4+加速,而NH4+进一步同化为有机N却受阻,而且,由于后期蛋白水解加速,将进一步加剧叶片N含量的下降。这是水稻叶片N含量下降的内在因素。而增施N肥,有利于同化酶的表达,降低叶片蛋白水解酶活力,从而缓解叶片N含量的下降。     

CO2浓度升高条件下水稻蒸腾与N吸收的关系

利用FACE（Free Air Carbon Dioxide Enrichment）平台技术,用水培试验研究了低氮（14 mg/L）和高氮（28 mg/L）水平下,大气CO2浓度升高条件下水稻蒸腾与N吸收速率的相关关系。结果表明,在CO2浓度升高条件下,水稻生物量增加了36%（低N）和29%（高N）;总吸N量也增加达7%（低N） 和5%（高N）;而总蒸腾量减少28%（低N）和10%（高N）。由于促进更多分蘖的发生,高CO2浓度使分蘖期水稻平均N吸收速率提高了31%～156%（低N）和19%～87%（高N）,在其他时期无明显影响;而高CO2浓度对水稻平均蒸腾速率的影响主要表现在抽穗到灌浆末期。在对照条件下,平均蒸腾速率和平均N吸收速率呈显著正相关;但在CO2浓度升高条件下,两者相关关系不显著。说明人们所推测的“蒸腾效应”——高CO2浓度条件下降低了的蒸腾作用并非影响水稻N吸收的关键因素。     

空气中CO2浓度升高条件下水稻抽穗期的QTL定位

以65个水稻染色体片段置换系(chromosome segment substitution lines,CSSLs)为材料,对比分析了正常大气CO2浓度（对照）和开放式空气CO2浓度升高（free air CO2 enrichment,FACE,大气CO2浓度增加200 μmol/mol）下水稻抽穗期的变化,并定位了相关QTL(quantitative trait loci)。供试株系的抽穗期对CO2浓度升高表现为提早、延迟和不变等3种响应,抽穗期两极变化最大的株系为AI46（提前11 d）和AI63（延迟6 d）。两种条件下,共检测到9个控制抽穗期的QTL,分布在第3、4、6、7、8、10和11染色体上。其中位于第6和第8染色体上的 qHD6 4和 qHD8 4在两种CO2浓度下都检测到,但在FACE下的贡献率均显著增大;而 qHD3A 3和 qHD11A 7只在正常条件下检测到, qHD4F 4、 qHD10F 4和 qHD11F 4则只在FACE下检测到。 暗示控制水稻抽穗期的基因表达易受环境CO2浓度的影响。     

开放式空气CO2浓度增高和施氮量对水稻结实期叶片内肽酶活力的影响

 利用农田开放式空气CO2浓度增高 (free air CO2 enrichment,FACE) 系统,CO2浓度设正常CO2 (ambient, AMB) 和高CO2 (FACE,AMB + 200 μmol/mol) 2个水平,施N量设低氮 (LN,15 g/m2,以纯氮计)、中氮 (NN,25 g/m2)和高氮 (HN,35 g / m2) 3个水平,对水稻品种武香粳14结实期剑叶和倒2叶的内肽酶活力变化情况进行了研究。结果表明: 1) 同AMB相比,FACE处理使剑叶抽穗后10 d、20 d以及倒2叶抽穗到抽穗后20 d内肽酶活力明显提高,但使剑叶成熟期内肽酶活力明显下降;使剑叶抽穗后10 d、20 d和成熟期以及倒2叶抽穗到成熟期内肽酶比活力明显提高;FACE对抽穗后10 d、20 d叶片内肽酶活力和比活力影响较大,而对抽穗期和成熟期的影响较小。同LN相比,HN使灌浆前期叶片内肽酶活力明显降低,灌浆中后期则呈增加趋势;HN降低了叶片各期内肽酶比活力,灌浆前期降幅大于后期。 2) 同AMB相比,FACE使叶片抽穗后10 d至成熟期可溶性蛋白含量明显降低;同LN相比,HN明显减缓FACE处理对抽穗后10 d至成熟期功能叶片可溶性蛋白含量的影响。 3）除成熟期叶片可溶性蛋白含量与内肽酶活力呈正相关外,结实期剑叶及倒2叶可溶性蛋白含量与对应时期内肽酶活力呈显著负相关。上述结果说明,FACE处理下水稻剑叶及倒2叶结实中后期可溶性蛋白含量明显下降与结实期叶片内肽酶活力的变化关系密切。     

自由空气CO2浓度升高对水稻营养元素吸收和籽粒中营养元素含量的影响

 利用FACE（Free Air Carbon Dioxide Enrichment）平台技术，用水培试验研究了低氮（14 mg/L）和常氮（28 mg/L）水平下，大气CO2浓度升高对水稻（Oryza sativa L.）N、P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn的吸收和在植株不同部位的分配，并着重分析了CO2浓度升高对稻米中营养元素含量的影响。结果表明，按照当前CO2浓度条件下营养元素的正常供应水平，而且各元素都以有效态供给时，CO2浓度升高对多数被测元素吸收总量影响不大，只增加了K、Ca、Fe的吸收总量； N、P、Mg、Mn向穗部分配增加，K、Ca、Cu、Zn、Fe向穗部的分配比例不变；水稻籽粒中P、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe和Mn含量无显著影响，N、K含量显著下降。还初步探讨了CO2浓度升高对稻米中人类必需营养元素的不足（或“隐性饥饿”）的影响。     

盐胁迫条件下杂交水稻种子发芽特性和幼苗耐盐生理基础

 两个杂交稻组合汕优10号和两优培九种子分别放在H2O、50 mmol/L、100 mmol/L和150 mmol/L的NaCl溶液中于30℃下发芽，测定种子发芽性能和淀粉酶活性及幼苗保护酶活性、丙二醛（MDA）含量和脯氨酸、可溶性糖、果糖和蔗糖等相容性溶质含量。结果表明，盐胁迫条件下杂交水稻种子平均发芽时间延长，发芽指数降低，但发芽势和发芽率变化不明显。盐胁迫后明显降低两优培九种子α，β-淀粉酶活性，而汕优10号中， 除在50 mmol/L NaCl溶液中α-淀粉酶活性高于对照（H2O）外，其余处理均降低了α，β-淀粉酶活性。不同盐胁迫程度下杂交水稻幼苗超氧物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛含量及脯氨酸、可溶性糖、果糖和蔗糖等相容性溶质含量变化有差异，但未见规律性趋势。杂交水稻幼苗相对含水量和耐盐比率随着盐胁迫程度加深而明显下降。试验还表明，盐胁迫条件下杂交水稻组合汕优10号种子发芽性能比两优培九好，淀粉酶和保护酶活性、相容性溶质含量和相对含水量及耐盐指数和耐盐比率也均高于两优培九，说明汕优10号幼苗耐盐性强于两优培九。     

聚乙二醇诱导水分胁迫引起水稻光合下降的原因探讨

在水稻品种Azucena(粳稻)6叶期用不同浓度的聚乙二醇(PEG 6000)模拟干旱处理,结果表明,随着PEG处理浓度提高,净光合速率（Pn）呈下降趋势, 但各阶段起主导作用的因素不同。第一阶段, 在10%PEG处理下Pn显著下降,色素和叶绿素荧光保持不变,气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)反而上升,表明为非气孔因子限制光合速率;第二阶段,在15%PEG处理下色素和叶绿素荧光虽开始变化,Pn继续降低, 并伴随Gs和Ci的下降而下降,因此气孔导度成为光合速率的主要限制因子;第三阶段,在20%PEG处理下Pn继续降低,Gs虽下降,但Ci并没有进一步下降,而色素和荧光参数均进一步下降,此时光合膜的损伤成为限制光合的主导因子。上述结果表明,严重水分胁迫虽使光合机构吸收和传递光能效率下降,但过剩的激发能仍可能导致活性氧积累;尽管水稻叶内启动了超氧化物防御系统,但仍能导致光合器官受损及PSⅡ光化学活性降低。     

水杨酸诱导的水稻对白叶枯病的系统抗性与未处理叶酶活性的变化

 0.5、2.0 mmol/L 的水杨酸（SA）处理水稻幼苗后第3 天用稻白叶枯菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）对未处理叶（第3叶，进行SA处理时用塑料袋套住）挑战接种，2周后调查病情，发现病斑长比对照分别下降了10.2%和18.2%，说明SA能诱导水稻幼苗对白叶枯病的系统抗性。酶活性测定表明，两种浓度的SA能明显降低水稻幼苗未处理叶中过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性，而对过氧化物酶（POD）活性无明显影响。两种浓度的SA对未处理叶中超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响不同，其中0.5 mmol/L 的SA处理下，SOD无明显变化，但20 mmol/L 的SA对SOD活性有较明显的促进作用。SA处理后1～4 d，未处理叶H2O2含量比对照上升了23.6%～72.8％(0.5 mmol/L)和31.2%～122.6％(2.0 mmol/L)。H2O2水平的显著提高可能是H2O2产生加快和降解减慢的共同结果（2.0 mmol/L的SA下），或单纯的降解减慢所致（0.5 mmol/L的SA下）。同时，SA对未处理叶PAL活性有促进作用。提示在水稻中，SA对水稻抗白叶枯病的系统诱导作用可能与H2O2积累和PAL活性的升高有关。     

重金属Pb2 、Cd2 胁迫对青稞幼苗抗氧化能力的影响

以青稞幼苗为实验材料,采用水培方式,研究了50mg/L Pb2 、Cd2 胁迫对青稞幼苗相对含水量（RWC）、丙二醛（MDA）和脯氨酸含量、抗氧化酶活性的影响。结果显示,50mg/L Pb2 胁迫下的青稞幼苗叶片相对含水量（RWC）变化不大,丙二醛（MDA）和脯氨酸含量、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性在胁迫后期有所升高,SOD活性在前期升高比较明显,其后缓慢下降。50mg/L Cd2 胁迫下青稞幼苗叶片RWC明显减少,MDA含量显著增加,脯氨酸含量先急剧升高后下降,POD、CAT活性随着胁迫时间的增加而显著增强,其中CAT活性在胁迫末期稍有下降,SOD活性先明显升高后下降。这些结果表明,50mg/L Pb2 对青稞幼苗的抗氧化能力产生了一定的影响,但其对青稞幼苗的胁迫程度不大,而50mg/L Cd2 胁迫对青稞幼苗造成了严重伤害,说明青稞幼苗在受到相同浓度Pb2 、Cd2 胁迫时,对Pb2 的抵抗能力大于Cd2 。